1、 本科毕业论文（20 届）旋转式机械手的设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 旋转式机械手的设计 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入旋转式机械手在设计方案比选、结构内力计算及材料选择等方面的设计规范、计算方法及设计思想等内容，为学生在毕业后从事机械设计工作打好基础。 2主要任务（1）根据已有的机械手资料，通过各种机械手结构方案比选,确定机械手的主题方案，
2、并进行总体的最优化设计(包括材料的选择、结构的简单化、机械强度、方便快捷等),绘机械手总体图。 （2）进行详细的结构尺寸拟定并进行工程量的计算。 （3）进行三维建模。 （4）结构承载能力极限状态的内力及强度计算。 （5）绘制机械手结构图，完成设计说明书一本.3主要参考资料1吴延本，刘世华.机械设计标准手册.吉林：吉林科技出版社，1996.72刘跃南.机械零件设计问题解析.北京：中国致公出版社，1999.43李明.单臂回转机械手设计.制造技术与机床.2004.06.4李允文.工业机械手设计.机械工业出版社.1996.44进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 完成开题报告准备开题答辩 2014
3、 年 3 月 1 日至 3 月 10 日2 利用 pro/E 软件完成三维建模 2014 年 3 月 10 号至 4 月 10 号3 利用材料力学知识完成强度校核 2014 年 4 月 10 号至 4 月 30 号4 整理资料，开始撰写毕业论文 2014 年 5 月 1 号至 5 月 31 号5 完成毕业论文设计书，准备毕业答辩 2014 年 6 月 1 号至 6 月 10 号审核人： 年 月 日旋转式机械手的设计摘 要：本设计简要介绍了旋转机械手设计的一些基本概念，以及介绍了旋转机械手的各个部件，还有旋转式机械手目前在国内外的发展现状和发展前景。同时，本设计对旋转式机械手各部分组成进行了结构
4、设计和相应的设计计算，结合机械手在实际生产中的作用，系统的设计和介绍了机械手在工作中的动作过程，确定出了机械手所需要真空吸盘的型号及数目，并且给出了旋转式机械手的部分技术参数。例如步进电机与伺服电机的型号。同时对旋转式机械手的各个组成部分进行了详细的介绍，比如；旋转式机械手的手部、旋转部分、升降部分等等。关键词：旋转式机械手，升降，旋转 The design of the rotary manipulatorAbstract：This paper briefly introduces some basic concepts of the rotary manipulator , the rot
5、ating parts of the rotary manipulator, and the development situation and development prospect of the rotary manipulator at home and abroad. This papers design is based on careful design and corresponding design calculated the structure of the rotary manipulator. Combined with the function of the man
6、ipulator in actual production, this paper systematically designs and introduces the working process of the manipulator in the work, giving the types and number of the vacuum sucker that manipulator needed and some technical parameters of the rotary manipulator, such as stepping motor and servo motor
7、 model. At the same time, details for each part of the rotary manipulator are also introduced in detail,such as rotary manipulator hand, rotating parts, elevator parts, etc.Keywords: Rotary manipulator, lifting, rotatingI目录1 绪 论 .11.1 前言 .21.1.1 机械手的简介 .21.1.1 它的发展方向及前景 .21.2 选题背景 .31.2.1 课题的提出 .31.
8、2.2 课题的主要任务 .41.3 设计流程 .51.4 章节安排 .62 旋转机械手的分析 .62.1 旋转式机械手在工业上的应用 .62.2 现有旋转机械手的分析 .72.3 新型旋转机械手的设计分析和要求提出 .72.4 旋转机械手所涉及的机械部件简介 .82.4.1 同步带传动 .92.4.2 步进电机传动 .102.4.3 真空吸盘简介 .112.4.4 滚珠丝杆件简介 .122.5 材料、构件与轻量化设计 .132.5.1 材料与型材 .152.5.2 轻量化设计 .152.6 本章小结 .153 旋转机械手的结构设计 .163.1 旋转机械手组成简介 .163.2 旋转机械手各部
9、位机构的详细介绍 .173.2.1 旋转支撑底座的设计 .173.2.2 升降结构的设计 .19II3.2.3 支撑杆的设计 .223.2.4 机械手的设计 .243.3 本章小结 .284 各结构的参数计算 .294.1 支撑杆的强度校核 .294.2 真空吸盘的数量及压力计算 .314.3 电机的选择 .324.3.1 伺服电机的选择 .324.3.2 步进电机的选择 .335 总结与展望 .35参考文献 .36致 谢 .3711 绪 论1.1 前言1.1.1 机器手的简介机械手-是用于实现人手的功能的技术装置。机械手是根据着人手的部分动作，它按指定程序、轨迹和要求实现对工件的传送、工件的
10、储存和取出、部件安装、焊接、锻造、压制、喷漆和其他许多工艺操作的一种机械装置。在现代化的工业生产中应用到的机械手通常就是人们所说的工业机械手。工业机械手是工业生产中出现的矛盾促使采用一项新技术，是近代自动控制领域中的一个分支，随着社会的进步的快速发展，机械手已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。并逐渐成为一门跨学科综合技术。联系自动控制技术、机械设计、控制技术、工程力学、传感技术等行业领域，。工业机械手是最近几十年迅速发展起来的一种高科技装备。它具有通过计算机编程来完成各种预期动作的特点，尤其体现在仿照人手的智能化和适应性方面。并且机械手在准确性、效率、适用性等方面有着巨大的提升空间
11、。机械手的使用范围越来越广泛：一、在经济方面，工业机械手能够提高生产率，保证产品质量，降低废品率；二、机械手可以按照生产工艺的需求，严格按照制定的程序、时间来完成工件的运送和装卸载；三、机械手可以把人们从危险和妨碍健康的环境中解放出来如高温工作、带电部门、放射性影响、漆雾、砂、尘以及繁重而劳动强度大、单调重复的工作，显著的提高了劳动生产率，加快实现流水线的批量生产。因而，受到国家很多的重视。 机械手在我国在最近的研究也取得长足进布，我国的工业旋转式机械手的研究范围也有很大的提升，并且应用在迅速扩大。在应用专业旋转式机械手的同时，对工业机械手的研究设计也有很大提升，从第七个五年计划（1986-1
12、990）开始，我国政府将工业机器人的发展投入了巨额资金用于开发，此后对机械手的研究大大重视，从此研究开发并且制造了一系列各种各样的工业机器人分别研制出新型电焊机械手、压机用 RHP 系列高速机械手、多爪热锻简易机械手和组合式机械手等等机械手。可以将机械手拆分为各个运动构件，如升降、左右移动、伸缩、俯仰等机构。根据不同工厂的实际作业要求，选用各种功能2不同的运动机构件，组装成各式各样用途的机械手，既便于设计制造，又便于跟换，使机械手的使用范围大大增加。1.1.2 它的发展前景及方向（1） 高精度精度是指旋转式机械手手部停留在预先设定的位置的准确程度，它与旋转式机械手的整体装配，电子元器件的质量以
13、及闭环装置的运算等有关。如果一个旋转式机械手的到达指定位置不稳定，一般来说会有一个不变的误差距离，这个距离是能够测量到的，所以要经过闭环反馈来改正。目前现代化电子技术和现代控制技术的迅速进步，以及气动伺服定位系统的一体化进程。机械手的要求精度将迅速上升。（2） 无给油化为了适应医疗、电子、加工、煤电、等行业的无污染要求，不加润滑脂并且不供油润滑元件已经在现代化中应用。随着材料技术的进步，新型材料（比如高分子等材料）的应用，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑机械元部件，不仅会大大节省润滑油、污染环境也会减少很多，而且还具有系统简单、寿命长、成本低、摩擦性能稳定的优点。（3） 机电一体化由“可编程
14、序控制器加传感器加气动元件”组成的普遍的控制系统，在当今来说在工业设计方面占有巨大的比重；发展与电子技术相结合的自动控制系统，使气动技术从“开环控制”进入到高精度的“闭环控制”；使现代化的电控系统的体积大大减小，集成化程度越来越高，而性能确越来越强悍，不仅大大减少配线、配管和元件，而且拆分便易，系统的稳定性与可靠性迅速提升。（4） 高性能各种智能并且性能优越的阀大量被应用，它们的出现对提高气动旋转式机械手和各种机器的性能起到了十分重要的支持作用。目前工业上对零部件的精度要求越来越高并且不再要求机械手能适应各种各样的工作环境，所以对机械手的性能也就随之提高。特别是机械手，它对整个系统的集中控制起
15、了十分重要的作用。31.2 选题背景1.2.1 课题的提出随着中国国内工业自动一体化进程的迅速普及，在许多现代化工业现场的有很多危险的场合将来一定会被机器人所替代，例如易燃、易爆等以及重体力劳动场合等等。这一方面可以大大减轻工人的劳动强度并且由此解放生产力，在另一方面劳动生产率也因此有显著的提升。比如，目前在我国的许多劳动密集行业中需要人工来搬运工件，可是在搬运工业这一行业中，往往搬运这一工序还需要人体力来辅助，这样既影响效率，又费时费力。在某一工厂的柔性化生产系统中需要把从带轮上传送来的工件运送到要加工的运送传送带上面为此，我们把旋转式机械手的设计作为我的研究的课题。1.2.2 课题的主要任
16、务本课题将要完成的主要任务如下:（1） 根据已有的机械手资料，通过设计各种机械手结构,确定最适合，简单高效的旋转式机械手设计，并进行最终的最优化设计(包括材料的选择、结构的简单化、机械强度、方便快捷等),绘机械手总体图。（2） 设计旋转机械手的各个机构，主要有旋转式机械手的手部、手臂支撑杆、基座、旋转座等部件的设计。为了设计的旋转式机械手应用性更强，机械手部位设计一定要灵活并且坚固耐用。（3） 进行详细的结构尺寸拟定并进行工程量的计算。 （4） 结构承载能力极限状态的内力及强度计算。 （5） 绘制机械手结构图，完成设计说明书一本现有的机械手多为气爪，其采用高压气源作为动力，由于机械手抓取物料后往往需要旋转以便移送物料或对物料进行加工处理，而气爪连接有高压气管，在进行旋转时气管也会随之旋转，而容易造成气管缠结等问题，并且当今最多使用最多的就是手爪，即通过手爪的闭合来实现对物体的抓取，不过由于我们要抓取的对象为 400mmx600mmx4mm 的一大块钢板，所以这种气爪抓取的方式对
